JP4160784B2 - 垂直磁気ヘッドおよび垂直磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直記録用磁気ヘッド及び垂直磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報処理装置の外部記録装置として使用される磁気記録再生装置であるハードディスク装置は、近年大容量化、小型化が要求され続けている。それに伴いハードディスク装置では、主に記録密度の向上で対応を行っている。しかし、従来の長手記録方式を用いて高密度化を行った場合、記録媒体上の記録磁化の磁化転移領域で反磁界が最大となるため記録層厚を薄くする必要があり、その結果熱的な錯乱によって記録されたデータが消えてしまうという問題がある。一方、記録磁化の方向が媒体の膜厚方向である垂直記録方式は、磁化転移領域で反磁界が最小となるため媒体の膜厚を薄くする必要が比較的少なく、高記録密度化を達成しやすい。
【０００３】
垂直記録媒体に垂直記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドを用いて信号を記録する場合、電気的信号はコイルによって、磁気的信号として変換され、第１の磁極すなわち記録磁極及び第２の磁極すなわち副磁極に磁束が励起される。この磁束は第２の磁極から第１の磁極を通間し、記録媒体の垂直記録層を貫通する。そして、垂直記録層の下層の軟磁性下地層を通り第２の磁極へともどるという閉ループを描く。この際第２の磁極は、第１の磁極から記録媒体の垂直記録層及び軟磁性下地層に生じた磁界を磁気的に効率よく、再び第１の磁極に戻すために用いられる。そしてこのような磁束の流れによって垂直記録媒体上に磁化として信号の記録を行っている。こうした磁気ヘッドについての報告は、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２４，３３５−３３８（２０００）にその例が開示されている。
【０００４】
磁気記録装置においてデータの書き込みを行う場合、消去、書き込み、照合の３ステップが必要とされる。しかし、ハードディスク装置では消去と同時に書き込みを行うダイレクトオーバーライト方式を採用することで書き込み速度の大幅な向上を図っている。このダイレクトオーバーライト方式を採用する上で重要なことは、古いデータ上に直接新しいデータを上書きした際に、古いデータの消し残り成分が十分に小さいことである。このデータを上書きする際の磁気ヘッドの書き込み性能を示す指標としてオーバーライト消去比があるが、これは古いデータのオーバーライト前後での信号比で表される。
【０００５】
また、磁気ディスク装置において、磁気記録媒体に対して垂直記録用磁気ヘッドが記録を行う場合、記録位置での磁気記録媒体の回転方向の接線と磁気ヘッドの第１の磁極すなわち記録磁極の膜厚方向の接線とはある角度（スキュー角）を有し、このスキュー角は磁気記録媒体の半径位置に応じて異なる。スキュー角がついた状態で記録磁極の膜厚が厚い磁気ヘッドで書き込みを行うと、隣接トラックに対しても記録磁界が印加される状態が発生する。この状態が多発されると、隣接トラックの記録磁化において熱減磁が加速されるという問題がある。こうしたヨー角を有した磁気ヘッドに関する問題についての報告は、例えば、「日本応用磁気学会誌，Vol25,591-594(2001)」に示されている。
【０００６】
この問題を解決する１つの方法としては、第１の磁極すなわち記録磁極の薄膜化がある。しかしながら、磁気ヘッドにおいて記録磁極の膜厚を薄くすると記録磁界が小さくなるとともに、磁気ヘッドの垂直磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側(リーディング側)の前歴磁化と後縁側(トレーリング側)の磁化転移点との距離が近くなるために、前歴磁化から記録点への干渉によって磁化転移点のずれ（転移点シフト）が生じ、この転移点シフトによってオーバーライト消去比が悪化するという問題がある。こうした、転移シフトによってオーバーライト消去比についての報告は、例えば、IEEE Transaction on Magnetics Vol. 30, No.6, pp.4272(1994)「Relationship between Overwrite and Transition shift in Perpendicular Magnetic Recording」に開示されている。
【０００７】
これらの報告に見られるように、垂直磁気ヘッドおよびこれを用いた垂直磁気記録再生装置においては、磁気ヘッドの第１の磁極、すなわち記録磁極の薄膜化に伴うオーバーライト特性劣化の解決が重要な問題として提示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複合型垂直磁気記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドにおいて、記録時における良好なオーバーライト特性を実現できる新規な構造の垂直磁気ヘッドを提供し、かつ高密度記録においてオーバーライト特性の優れた垂直磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記目的を達成するために、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルと、磁気記録媒体に対向する浮上面とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、 非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極を前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けるようにした。
【００１０】
また、記録素子と再生素子とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、前記再生素子は、一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を印加する一対の電極を有し、前記記録素子は、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極とを有するようにした。
【００１１】
さらに、前記第3の磁極は、前記第1の磁極と第２の磁極との間、あるいは、第１の磁極と上部シールドとの間に配置されているようにした。
【００１２】
さらにまた、軟磁性下地層と記録層とを備えた磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する浮上面を有する磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体を一定方向に回転させる駆動手段を備えた垂直磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドは、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、少なくとも浮上面において、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体の回転方向の上流側にに設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極とを有する垂直磁気ヘッドであるようにした。
【００１３】
また、前記第１の磁極と第3の磁極の間隔は、前記記録媒体に記録された最長のビット長よりも短いようにした。
【００１４】
さらに、前記垂直磁気ヘッドの浮上面における前記第3の磁極のトラック幅方向の長さは、前記第１の磁極のトラック幅方向の長さよりも長い垂直磁気ヘッドであるようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
(実施例１)
図１〜3には，本発明の第1の実施の形態である垂直記録用磁気ヘッド（以下、垂直磁気ヘッド）の構成を示す。ここで図１は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの断面図であり、媒体対向面及び基板面双方の面に対して垂直な面を示している。図２は、本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの構成を示す平面図であり、媒体対向面に対して垂直で、基板面に対して垂直な面の右側半分を示す。図３は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの媒体対向面である。これらの図において11は基板、12は下部シールド、１3は磁気抵抗効果膜、１4は上部シールドであり、15は第２の磁極すなわち副磁極、16は第１の磁極すなわち記録磁極、17はバックヨーク部、18はコイルであり、19は第１の磁極すなわち記録磁極の磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側、すなわちリーディング側に設けられた第3磁極１９である。また、30は記録媒体の垂直記録層、31は軟磁性下地層である。
【００１７】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの再生部は下部シールド1２、磁気抵抗効果膜1３、上部シールド1４を含む構成となっている。図示していないが磁気抵抗効果膜1３の両脇には磁区制御層や電極が接続される。磁気抵抗効果膜1３には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）膜、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）膜等の磁気抵抗効果を有する膜を用いることができる。また、図示していないが、媒体対向面には保護膜等が形成される。
【００１８】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの第3磁極19は、軟磁性膜によって構成される。ここで第3磁極の例としてはＮｉＦｅやNiFeN等の良好な軟磁気特性を有する磁性膜やこれらの積層膜が用いられる。この第３の磁極の幅Ｗ3（図３参照）は、第１の磁極すなわち記録磁極１６の媒体対向面に接する幅Ｗ１よりも、広い幅Ｗ３を有することにより第３磁極を形状異方性により磁気的に安定にすることができる。また第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との距離Ｔ1は４0〜200nmの間で選択されることが望ましい。第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との間隔T1は後述するが磁界強度の観点で40nm以上が望ましく、かつオーバーライト消去比を向上するために200nm以下が望ましい。このときＴ1を規定するために、第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との間には非磁性膜が用いられる。この非磁性膜の例としては、Al2O3、SiO2等の絶縁膜やTa、Cr、Au等の非磁性金属膜が用いられる。また、第１の磁極すなわち記録磁極１６には記録層３０に対して強い記録磁界を発生させるためにCoNiFeやCoFe等の高い飽和磁束密度を有する磁性膜を用いることが望ましい。同じ理由から、記録媒体の裏打ち軟磁性層３１も比較的高い飽和磁束密度を有する磁性膜が望ましい。
【００１９】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を図６に示す。同図はオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示すデータである。図に示した例Ａは、第３磁極１９を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例1は第１の磁極すなわち記録磁極１６と第３の磁極１９との間隔が100nmの場合であり、例2は記録磁極と第3磁極との間隔が50nmの場合である。図に示すように第３の磁極１９の有無に関わらず、記録磁極の膜厚が薄くなるにしたがってオーバーライト消去比は悪化する。しかしながら同一記録磁極膜厚においてオーバーライト消去比を比較すると、第3の磁極１９を有する磁気ヘッドを用いた場合の方がオーバーライト消去比は良好である。これは、第３の磁極がシールド的な役割を果たすことで第１の磁極すなわち記録磁極１６のリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減し，その結果転移点シフトを小さくできることによって，オーバーライト消去比を向上させることができる。また第１の磁極すなわち記録磁極と第３の磁極との間隔が50nmの場合(例1)と100nm（例２）の場合とを比較すると間隔が50nmの方がオーバーライト消去比は良好であり、転移点シフトに起因するオーバーライト消去比の観点では第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極と間隔はこの範囲では近い方すなわち短い方が望ましい。今後高記録密度化によるトラックピッチの増加にともなって、記録磁極の膜厚は薄くなり、オーバーライト消去比は悪化すると考えられるが、第１の磁極すなわち記録磁極と第３の磁極との間隔を狭くすることにより、所定のオーバーライト消去比の目標値を満足する磁気ヘッドを提供することができる。
【００２０】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を別の観点からみた場合を図７に示す。同図はオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す図である。図に示す例Ｂは第３の磁極１９を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例3は本発明の垂直磁気ヘッドにおいて第３の磁極１９と第１の磁極すなわち記録磁極１６との間隔が１００nmの場合である。両者とも前歴信号のビット長が長くなるとオーバーライト消去比は悪化する。
【００２１】
しかし例3の場合、前歴信号のビット長が第３磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との距離より長い１００nm以上でのオーバーライト消去比の悪化は非常に小さい。これは、第３磁極によるリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減する効果は、第3磁極１９直下にある記録磁化および第３磁極に対して磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側すなわちリーディング側にある記録磁化に対して大きいことに起因する。したがって第３磁極は、第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極との間隔に対して長いビット長に対して、ビットシフトを低減する効果が大きい。よって、第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極との間隔は、磁気記録媒体上のユーザデータ領域に用いられる最長ビット長に対して短く設定することによってオーバーライト消去比の向上が図れる。また、第3の磁極１９の媒体対向面における膜厚はユーザデータ領域に用いられる最長ビット長以上の厚さにすることが望ましい。これは、記録磁極のリーディング側のビットがその1ビット前のビットと第３磁極を通じて磁気的に弱く結合することが望ましいからである。
【００２２】
図８に、本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドにおける最大ヘッド磁界強度と第３の磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との間隔との関係を示す。同図は、第３の磁極１９を有しない従来構造（例Ｃ）のヘッドから生じる最大磁界強度で規格化している。図に示すように第３磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との間隔Ｔ1が２００ｎｍから40nm程度までは、磁界強度の低下は５％程度だが、それ以下になると顕著に磁界強度が低下する。したがって、ヘッド磁界強度の観点でＴ1は40nm以上が望ましい。
【００２３】
（実施例２）
本発明の第２の実施の形態の磁気ヘッドの構成を図４および図５に示す。ここで図４はその断面図であり、図５はその媒体対向面である。実施例の磁気ヘッドの再生部位の磁気抵抗効果膜１３にはTMR膜（トンネル磁気抵抗効果膜）やGMR膜（巨大磁気抵抗効果膜）が用いられる。ここで、磁気抵抗効果膜から信号の読み出しを行うために電気的に接続される１対の電極は、磁気抵抗効果膜１３の膜厚方向の上下両側に接続される。また図示していないが、磁気抵抗効果膜には磁区制御層が接続される。このような再生部を作成した後、軟磁性膜からなる第１の磁極すなわち記録磁極１６と、記録磁極と磁気的に結合された副磁極すなわち第２の磁極１５と、第１の磁極すなわち記録磁極(以下第１の磁極と記す)および第２の磁極すなわち副磁極(以下第２の磁極と記す)に磁束を発生させるためのコイル等を形成して記録部を作製すことで、磁気ヘッドが作製される。
【００２４】
図９(a)〜(d)には本発明の垂直記録用磁気ヘッドの製造工程例を示した図である(ただし、再生部は省略している)。(a)において第２の磁極15、コイル18、コイルを支持するための絶縁膜20およびバックヨーク17を形成した後、ケミカル・メカニカル・ポリッシュ（ＣＭＰ）を行い平坦化を行ったところを示す。バックヨーク17の材料としてはＮｉＦｅを用いた。(b)にイオンミリング法により絶縁膜20に凹凸を形成し、その後スパッタ法を用いて第3磁極１９となる磁性膜19を1mm形成し、その後ＣＭＰにより平坦化したところ示す。（ｃ）において非磁性膜20および第１の磁極16となる磁性膜をスパッタ法により形成したところを示す。今回は，第１の磁極16とバックヨーク1７との間に非磁性膜2０が介在しているが、非磁性膜2０にイオンミリング法により穴をあけてから、第２の磁極１５を形成してもよい。(d)においてコイル１８や再生素子の端子を形成したのち（図示していない）媒体対向面を形成することにより、垂直磁気記録用磁気ヘッドを作製することができる。
【００２５】
(実施例３)
図１０に本発明の第３の実施の形態である垂直磁気ヘッドの媒体対向面を示す。断面図及び平面図は実施例1と同様だが、媒体対向面が異なる。すなわち、図１０に示すように、第３の磁極19の第１の磁極側の磁性膜の平坦部は第１の磁極１６と同等の幅を有し、第１の磁極から離れるにしたがって第３磁極の膜厚は薄くなっており、このような形状の第３の磁極においても実施例１と同等な効果を有する。この場合、第１の磁極１６をイオンミリングにより形成するときに、オーバーミリングを行うことにより非常に簡便に第３の磁極を形成することができる。
【００２６】
(実施例４)
図１１に本発明の第４の実施の形態である磁気ヘッドの断面図を示す。本実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は第２の磁極1５と上部シールド14との間に形成され、第３の磁極１９は上部シールド１４と第１の磁極１６との間に形成される。それにともない、バックヨークも第１の磁極１６上に形成し、コイル１８も絶縁膜を介して第１の磁極１６上に形成する。このように、再生部に対して第１の磁極１６を接近させることによって、再生部（磁気抵抗効果膜）と第１の磁極１６との間隔から生じるパフォーマンスの低下を低減することができる。また狭トラック幅を有する第１の磁極を作製する上で、基板から膜厚方向の距離が大きくなるにしたがって膜面の凹凸が大きくなるため、第１の磁極１６を第２の磁極１５やコイル１８などより早い段階で作製することは有利である。
【００２７】
(実施例５)
図１２は本発明の第５の実施の形態である磁気ヘッドの断面図である。本実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は第２の磁極１５と上部シールド１４との間に形成される。第３の磁極１９は、非磁性膜を介さず上部シールド上に軟磁性膜からなる磁性膜を形成し、イオンミリングを行うことによって得られる。このような形状の第３の磁極においても実施例１と同等な効果を有する。
【００２８】
(実施例６)
図１３に本発明の第６の実施の形態の磁気ヘッドの断面図を示す。本発明の実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は、上部シールド２３上に非磁性膜を挟んで形成される。ここで非磁性膜の膜厚を２００nm以下にすることで、上部シールド１４は第１の磁極１６のリーディング側に配置された第３の磁極の役割を果たし、オーバーライト消去比の向上が図れる。また、このような構造にすることで，磁気ヘッドの作製工程が簡単になる。
【００２９】
(実施例７)
図1４に本発明の第７の実施の形態である磁気ヘッドの断面図及び図1５に平面図を示す。図に示すように第１の磁極16とバックヨーク17は、上部ヨーク21を介して磁気的に連結されており、第３磁極19は第１の磁極16より媒体対向面から高い磁極高さを有している。第３磁極19の高さは、最大磁界強度の観点で記録磁極16より小さいことが望ましいが、上部ヨーク2１から離すことで、最大磁界強度を低下させることなく第３磁極によりオーバーライト消去比を向上することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直磁気ヘッドの記録磁極のリーディング側に非磁性膜を介して軟磁性膜からなる第３磁極を形成することによって、媒体上の磁化から記録磁極に加わる磁気的干渉を低減しオーバライト特性の劣化を防止することができる。これにより、垂直磁気ヘッドのオーバライト消去比を向上させ、オーバライト特性の劣化を防止した垂直磁気記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図４】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図６】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示す。
【図７】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す。
【図８】本発明の最大ヘッド磁界強度と記録磁極と第3磁極との間隔との関係を示す。
【図９】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの製造方法の概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図１１】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【符号の説明】
１１…基板、１２…下部シールド、１３…磁気抵抗効果膜、１４…上部シールド、１５…第２の磁極すなわち副磁極、１６…第１の磁極すなわち記録磁極、
１７…バックヨーク、１８…コイル、１９…第３の磁極、２０…非磁性膜、
２１…上部ヨーク、２２…電極、２３…上部シールド兼第３の磁極
３０…垂直記録層、３１…軟磁性下地層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直記録用磁気ヘッド及び垂直磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報処理装置の外部記録装置として使用される磁気記録再生装置であるハードディスク装置は、近年大容量化、小型化が要求され続けている。それに伴いハードディスク装置では、主に記録密度の向上で対応を行っている。しかし、従来の長手記録方式を用いて高密度化を行った場合、記録媒体上の記録磁化の磁化転移領域で反磁界が最大となるため記録層厚を薄くする必要があり、その結果熱的な錯乱によって記録されたデータが消えてしまうという問題がある。一方、記録磁化の方向が媒体の膜厚方向である垂直記録方式は、磁化転移領域で反磁界が最小となるため媒体の膜厚を薄くする必要が比較的少なく、高記録密度化を達成しやすい。
【０００３】
垂直記録媒体に垂直記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドを用いて信号を記録する場合、電気的信号はコイルによって、磁気的信号として変換され、第１の磁極すなわち記録磁極及び第２の磁極すなわち副磁極に磁束が励起される。この磁束は第２の磁極から第１の磁極を通間し、記録媒体の垂直記録層を貫通する。そして、垂直記録層の下層の軟磁性下地層を通り第２の磁極へともどるという閉ループを描く。この際第２の磁極は、第１の磁極から記録媒体の垂直記録層及び軟磁性下地層に生じた磁界を磁気的に効率よく、再び第１の磁極に戻すために用いられる。そしてこのような磁束の流れによって垂直記録媒体上に磁化として信号の記録を行っている。こうした磁気ヘッドについての報告は、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２４，３３５−３３８（２０００）にその例が開示されている。
【０００４】
磁気記録装置においてデータの書き込みを行う場合、消去、書き込み、照合の３ステップが必要とされる。しかし、ハードディスク装置では消去と同時に書き込みを行うダイレクトオーバーライト方式を採用することで書き込み速度の大幅な向上を図っている。このダイレクトオーバーライト方式を採用する上で重要なことは、古いデータ上に直接新しいデータを上書きした際に、古いデータの消し残り成分が十分に小さいことである。このデータを上書きする際の磁気ヘッドの書き込み性能を示す指標としてオーバーライト消去比があるが、これは古いデータのオーバーライト前後での信号比で表される。
【０００５】
また、磁気ディスク装置において、磁気記録媒体に対して垂直記録用磁気ヘッドが記録を行う場合、記録位置での磁気記録媒体の回転方向の接線と磁気ヘッドの第１の磁極すなわち記録磁極の膜厚方向の接線とはある角度（スキュー角）を有し、このスキュー角は磁気記録媒体の半径位置に応じて異なる。スキュー角がついた状態で記録磁極の膜厚が厚い磁気ヘッドで書き込みを行うと、隣接トラックに対しても記録磁界が印加される状態が発生する。この状態が多発されると、隣接トラックの記録磁化において熱減磁が加速されるという問題がある。こうしたヨー角を有した磁気ヘッドに関する問題についての報告は、例えば、「日本応用磁気学会誌，Vol25,591-594(2001)」に示されている。
【０００６】
この問題を解決する１つの方法としては、第１の磁極すなわち記録磁極の薄膜化がある。しかしながら、磁気ヘッドにおいて記録磁極の膜厚を薄くすると記録磁界が小さくなるとともに、磁気ヘッドの垂直磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側(リーディング側)の前歴磁化と後縁側(トレーリング側)の磁化転移点との距離が近くなるために、前歴磁化から記録点への干渉によって磁化転移点のずれ（転移点シフト）が生じ、この転移点シフトによってオーバーライト消去比が悪化するという問題がある。こうした、転移シフトによってオーバーライト消去比についての報告は、例えば、IEEE Transaction on Magnetics Vol. 30, No.6, pp.4272(1994)「Relationship between Overwrite and Transition shift in Perpendicular Magnetic Recording」に開示されている。
【０００７】
これらの報告に見られるように、垂直磁気ヘッドおよびこれを用いた垂直磁気記録再生装置においては、磁気ヘッドの第１の磁極、すなわち記録磁極の薄膜化に伴うオーバーライト特性劣化の解決が重要な問題として提示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複合型垂直磁気記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドにおいて、記録時における良好なオーバーライト特性を実現できる新規な構造の垂直磁気ヘッドを提供し、かつ高密度記録においてオーバーライト特性の優れた垂直磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記目的を達成するために、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルと、磁気記録媒体に対向する浮上面とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、 非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極を前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けるようにした。
【００１０】
また、記録素子と再生素子とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、前記再生素子は、一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を印加する一対の電極を有し、前記記録素子は、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極とを有するようにした。
【００１１】
さらに、前記第3の磁極は、前記第1の磁極と第２の磁極との間、あるいは、第１の磁極と上部シールドとの間に配置されているようにした。
【００１２】
さらにまた、軟磁性下地層と記録層とを備えた磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する浮上面を有する磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体を一定方向に回転させる駆動手段を備えた垂直磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドは、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、少なくとも浮上面において、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体の回転方向の上流側にに設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第２の磁極と分離された第３の磁極とを有する垂直磁気ヘッドであるようにした。
【００１３】
また、前記第１の磁極と第3の磁極の間隔は、前記記録媒体に記録された最長のビット長よりも短いようにした。
【００１４】
さらに、前記垂直磁気ヘッドの浮上面における前記第3の磁極のトラック幅方向の長さは、前記第１の磁極のトラック幅方向の長さよりも長い垂直磁気ヘッドであるようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
(実施例１)
図１〜3には，本発明の第1の実施の形態である垂直記録用磁気ヘッド（以下、垂直磁気ヘッド）の構成を示す。ここで図１は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの断面図であり、媒体対向面及び基板面双方の面に対して垂直な面を示している。図２は、本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの構成を示す平面図であり、媒体対向面に対して垂直で、基板面に対して垂直な面の右側半分を示す。図３は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの媒体対向面である。これらの図において11は基板、12は下部シールド、１3は磁気抵抗効果膜、１4は上部シールドであり、15は第２の磁極すなわち副磁極、16は第１の磁極すなわち記録磁極、17はバックヨーク部、18はコイルであり、19は第１の磁極すなわち記録磁極の磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側、すなわちリーディング側に設けられた第3磁極１９である。また、30は記録媒体の垂直記録層、31は軟磁性下地層である。
【００１７】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの再生部は下部シールド1２、磁気抵抗効果膜1３、上部シールド1４を含む構成となっている。図示していないが磁気抵抗効果膜1３の両脇には磁区制御層や電極が接続される。磁気抵抗効果膜1３には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）膜、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）膜等の磁気抵抗効果を有する膜を用いることができる。また、図示していないが、媒体対向面には保護膜等が形成される。
【００１８】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの第3磁極19は、軟磁性膜によって構成される。ここで第3磁極の例としてはＮｉＦｅやNiFeN等の良好な軟磁気特性を有する磁性膜やこれらの積層膜が用いられる。この第３の磁極の幅Ｗ3（図３参照）は、第１の磁極すなわち記録磁極１６の媒体対向面に接する幅Ｗ１よりも、広い幅Ｗ３を有することにより第３磁極を形状異方性により磁気的に安定にすることができる。また第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との距離Ｔ1は４0〜200nmの間で選択されることが望ましい。第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との間隔T1は後述するが磁界強度の観点で40nm以上が望ましく、かつオーバーライト消去比を向上するために200nm以下が望ましい。このときＴ1を規定するために、第１の磁極すなわち記録磁極１６と第3の磁極１９との間には非磁性膜が用いられる。この非磁性膜の例としては、Al2O3、SiO2等の絶縁膜やTa、Cr、Au等の非磁性金属膜が用いられる。また、第１の磁極すなわち記録磁極１６には記録層３０に対して強い記録磁界を発生させるためにCoNiFeやCoFe等の高い飽和磁束密度を有する磁性膜を用いることが望ましい。同じ理由から、記録媒体の裏打ち軟磁性層３１も比較的高い飽和磁束密度を有する磁性膜が望ましい。
【００１９】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を図６に示す。同図はオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示すデータである。図に示した例Ａは、第３磁極１９を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例1は第１の磁極すなわち記録磁極１６と第３の磁極１９との間隔が100nmの場合であり、例2は記録磁極と第3磁極との間隔が50nmの場合である。図に示すように第３の磁極１９の有無に関わらず、記録磁極の膜厚が薄くなるにしたがってオーバーライト消去比は悪化する。しかしながら同一記録磁極膜厚においてオーバーライト消去比を比較すると、第3の磁極１９を有する磁気ヘッドを用いた場合の方がオーバーライト消去比は良好である。これは、第３の磁極がシールド的な役割を果たすことで第１の磁極すなわち記録磁極１６のリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減し，その結果転移点シフトを小さくできることによって，オーバーライト消去比を向上させることができる。また第１の磁極すなわち記録磁極と第３の磁極との間隔が50nmの場合(例1)と100nm（例２）の場合とを比較すると間隔が50nmの方がオーバーライト消去比は良好であり、転移点シフトに起因するオーバーライト消去比の観点では第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極と間隔はこの範囲では近い方すなわち短い方が望ましい。今後高記録密度化によるトラックピッチの増加にともなって、記録磁極の膜厚は薄くなり、オーバーライト消去比は悪化すると考えられるが、第１の磁極すなわち記録磁極と第３の磁極との間隔を狭くすることにより、所定のオーバーライト消去比の目標値を満足する磁気ヘッドを提供することができる。
【００２０】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を別の観点からみた場合を図７に示す。同図はオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す図である。図に示す例Ｂは第３の磁極１９を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例3は本発明の垂直磁気ヘッドにおいて第３の磁極１９と第１の磁極すなわち記録磁極１６との間隔が１００nmの場合である。両者とも前歴信号のビット長が長くなるとオーバーライト消去比は悪化する。
【００２１】
しかし例3の場合、前歴信号のビット長が第３磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との距離より長い１００nm以上でのオーバーライト消去比の悪化は非常に小さい。これは、第３磁極によるリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減する効果は、第3磁極１９直下にある記録磁化および第３磁極に対して磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側すなわちリーディング側にある記録磁化に対して大きいことに起因する。したがって第３磁極は、第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極との間隔に対して長いビット長に対して、ビットシフトを低減する効果が大きい。よって、第１の磁極すなわち記録磁極と第３磁極との間隔は、磁気記録媒体上のユーザデータ領域に用いられる最長ビット長に対して短く設定することによってオーバーライト消去比の向上が図れる。また、第3の磁極１９の媒体対向面における膜厚はユーザデータ領域に用いられる最長ビット長以上の厚さにすることが望ましい。これは、記録磁極のリーディング側のビットがその1ビット前のビットと第３磁極を通じて磁気的に弱く結合することが望ましいからである。
【００２２】
図８に、本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドにおける最大ヘッド磁界強度と第３の磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との間隔との関係を示す。同図は、第３の磁極１９を有しない従来構造（例Ｃ）のヘッドから生じる最大磁界強度で規格化している。図に示すように第３磁極と第１の磁極すなわち記録磁極との間隔Ｔ1が２００ｎｍから40nm程度までは、磁界強度の低下は５％程度だが、それ以下になると顕著に磁界強度が低下する。したがって、ヘッド磁界強度の観点でＴ1は40nm以上が望ましい。
【００２３】
（実施例２）
本発明の第２の実施の形態の磁気ヘッドの構成を図４および図５に示す。ここで図４はその断面図であり、図５はその媒体対向面である。実施例の磁気ヘッドの再生部位の磁気抵抗効果膜１３にはTMR膜（トンネル磁気抵抗効果膜）やGMR膜（巨大磁気抵抗効果膜）が用いられる。ここで、磁気抵抗効果膜から信号の読み出しを行うために電気的に接続される１対の電極は、磁気抵抗効果膜１３の膜厚方向の上下両側に接続される。また図示していないが、磁気抵抗効果膜には磁区制御層が接続される。このような再生部を作成した後、軟磁性膜からなる第１の磁極すなわち記録磁極１６と、記録磁極と磁気的に結合された副磁極すなわち第２の磁極１５と、第１の磁極すなわち記録磁極(以下第１の磁極と記す)および第２の磁極すなわち副磁極(以下第２の磁極と記す)に磁束を発生させるためのコイル等を形成して記録部を作製すことで、磁気ヘッドが作製される。
【００２４】
図９(a)〜(d)には本発明の垂直記録用磁気ヘッドの製造工程例を示した図である(ただし、再生部は省略している)。(a)において第２の磁極15、コイル18、コイルを支持するための絶縁膜20およびバックヨーク17を形成した後、ケミカル・メカニカル・ポリッシュ（ＣＭＰ）を行い平坦化を行ったところを示す。バックヨーク17の材料としてはＮｉＦｅを用いた。(b)にイオンミリング法により絶縁膜20に凹凸を形成し、その後スパッタ法を用いて第3磁極１９となる磁性膜19を1mm形成し、その後ＣＭＰにより平坦化したところ示す。（ｃ）において非磁性膜20および第１の磁極16となる磁性膜をスパッタ法により形成したところを示す。今回は，第１の磁極16とバックヨーク1７との間に非磁性膜2０が介在しているが、非磁性膜2０にイオンミリング法により穴をあけてから、第２の磁極１５を形成してもよい。(d)においてコイル１８や再生素子の端子を形成したのち（図示していない）媒体対向面を形成することにより、垂直磁気記録用磁気ヘッドを作製することができる。
【００２５】
(実施例３)
図１０に本発明の第３の実施の形態である垂直磁気ヘッドの媒体対向面を示す。断面図及び平面図は実施例1と同様だが、媒体対向面が異なる。すなわち、図１０に示すように、第３の磁極19の第１の磁極側の磁性膜の平坦部は第１の磁極１６と同等の幅を有し、第１の磁極から離れるにしたがって第３磁極の膜厚は薄くなっており、このような形状の第３の磁極においても実施例１と同等な効果を有する。この場合、第１の磁極１６をイオンミリングにより形成するときに、オーバーミリングを行うことにより非常に簡便に第３の磁極を形成することができる。
【００２６】
(実施例４)
図１１に本発明の第４の実施の形態である磁気ヘッドの断面図を示す。本実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は第２の磁極1５と上部シールド14との間に形成され、第３の磁極１９は上部シールド１４と第１の磁極１６との間に形成される。それにともない、バックヨークも第１の磁極１６上に形成し、コイル１８も絶縁膜を介して第１の磁極１６上に形成する。このように、再生部に対して第１の磁極１６を接近させることによって、再生部（磁気抵抗効果膜）と第１の磁極１６との間隔から生じるパフォーマンスの低下を低減することができる。また狭トラック幅を有する第１の磁極を作製する上で、基板から膜厚方向の距離が大きくなるにしたがって膜面の凹凸が大きくなるため、第１の磁極１６を第２の磁極１５やコイル１８などより早い段階で作製することは有利である。
【００２７】
(実施例５)
図１２は本発明の第５の実施の形態である磁気ヘッドの断面図である。本実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は第２の磁極１５と上部シールド１４との間に形成される。第３の磁極１９は、非磁性膜を介さず上部シールド上に軟磁性膜からなる磁性膜を形成し、イオンミリングを行うことによって得られる。このような形状の第３の磁極においても実施例１と同等な効果を有する。
【００２８】
(実施例６)
図１３に本発明の第６の実施の形態の磁気ヘッドの断面図を示す。本発明の実施の形態の磁気ヘッドの第１の磁極１６は、上部シールド２３上に非磁性膜を挟んで形成される。ここで非磁性膜の膜厚を２００nm以下にすることで、上部シールド１４は第１の磁極１６のリーディング側に配置された第３の磁極の役割を果たし、オーバーライト消去比の向上が図れる。また、このような構造にすることで，磁気ヘッドの作製工程が簡単になる。
【００２９】
(実施例７)
図1４に本発明の第７の実施の形態である磁気ヘッドの断面図及び図1５に平面図を示す。図に示すように第１の磁極16とバックヨーク17は、上部ヨーク21を介して磁気的に連結されており、第３磁極19は第１の磁極16より媒体対向面から高い磁極高さを有している。第３磁極19の高さは、最大磁界強度の観点で記録磁極16より小さいことが望ましいが、上部ヨーク2１から離すことで、最大磁界強度を低下させることなく第３磁極によりオーバーライト消去比を向上することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直磁気ヘッドの記録磁極のリーディング側に非磁性膜を介して軟磁性膜からなる第３磁極を形成することによって、媒体上の磁化から記録磁極に加わる磁気的干渉を低減しオーバライト特性の劣化を防止することができる。これにより、垂直磁気ヘッドのオーバライト消去比を向上させ、オーバライト特性の劣化を防止した垂直磁気記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図４】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図６】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示す。
【図７】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す。
【図８】本発明の最大ヘッド磁界強度と記録磁極と第3磁極との間隔との関係を示す。
【図９】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの製造方法の概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図１１】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【符号の説明】
１１…基板、１２…下部シールド、１３…磁気抵抗効果膜、１４…上部シールド、１５…第２の磁極すなわち副磁極、１６…第１の磁極すなわち記録磁極、
１７…バックヨーク、１８…コイル、１９…第３の磁極、２０…非磁性膜、
２１…上部ヨーク、２２…電極、２３…上部シールド兼第３の磁極
３０…垂直記録層、３１…軟磁性下地層。
Claims (11)
- 記録素子と再生素子とを備え、前記記録素子と再生素子とを磁気記録媒体に対して対向させる浮上面を有し、
前記再生素子は、
上部シールド及び下部シールドからなる一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を印加する一対の電極を有し、
前記記録素子は、
第１の磁極と、該第１の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第１の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、前記第１の磁極のリーディング側に設けられた第３の磁極とを有し、該第３の磁極は非磁性層により前記第１の磁極および第２の磁極と磁気的に分離されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。 - 請求項１に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第３の磁極は、前記第１の磁極と第２の磁極の間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項１に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第２の磁極は前記第１の磁極のリーディング側と反対の側に設けられ、前記第３の磁極は、前記第１の磁極と前記上部シールドの間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項１に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第３の磁極、前記第２の磁極、および前記上部シールドが，前記第１の磁極のリーディング側に、この記載の順序で設けられていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項１に記載の磁気ヘッドにおいて、前記第２の磁極は前記第１の磁極のリーディング側と反対の側に設けられ、かつ、前記上部シールドは前記第３の磁極を兼用する膜として形成されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項１に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第１の磁極と前記第３の磁極の間隔は４０ｎｍから２００ｎｍの範囲内であることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 軟磁性下地層と記録層とを備えた磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する浮上面を有する磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体を一定方向に回転させる駆動手段を備えた垂直磁気記録再生装置において、
前記磁気ヘッドは、
第１の磁極と、該第１の磁極に磁気的に結合した第２の磁極と、前記第１の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、少なくとも浮上面において、前記第１の磁極の前記磁気記録媒体の回転方向の上流側に設けられた第３の磁極とを有し、該第３の磁極は非磁性層により前記第１の磁極および第２の磁極と磁気的に分離された垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。 - 請求項７に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドの前記第３の磁極は、前記第１の磁極と前記第２の磁極の間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項７に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記上部シールドが前記第３の磁極を兼用する膜として形成されている垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項７に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記第１の磁極と前記第３の磁極の間隔が、前記記録媒体に記録された最長のビット長よりも短い垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項７に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記浮上面における前記第３の磁極のトラック幅方向の長さが、前記第１の磁極のトラック幅方向の長さよりも長い垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
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